Q345C(Al)鋼板不控軋的工藝研究

王 輝，武美玉，左文杰，王新鋼

（河鋼邯鋼中板廠，河北 邯鄲056003）

Q345系列鋼在中厚板廠的產(chǎn)量中所占比例最大、涵蓋的品種規(guī)格范圍也最多，在新的裝備條件下，最大限度地挖掘其潛在性能，這是國(guó)內(nèi)中厚板企業(yè)共同關(guān)心的技術(shù)問題。基于超快冷技術(shù)為核心的新一代TMCP技術(shù)的中心思想：“趁熱打鐵”，在奧氏體變形的溫度區(qū)間完成連續(xù)大變形和應(yīng)變積累，得到硬化的奧氏體；軋后立即進(jìn)行超快冷，使軋件迅速通過奧氏體相區(qū)，保持軋件奧氏體硬化狀態(tài)；在奧氏體向鐵素體相變的動(dòng)態(tài)相變點(diǎn)終止冷卻，以實(shí)現(xiàn)材料晶粒細(xì)化，發(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化的作用[1-2]。（見圖1）本文結(jié)合邯鋼3 500 mm中厚板軋機(jī)就Q345C（Al）采取不控溫、大壓下加快冷的工藝進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

圖1 新一代-TMCP與傳統(tǒng)TMCP生產(chǎn)工藝的比較

1 實(shí)驗(yàn)材料

根據(jù)Q345C（Al）連鑄坯厚度為260 mm，化學(xué)成分要求及鋼種各元素的特性，其成分設(shè)計(jì)見表1。

表1 Q345C（Al）鋼的化學(xué)成分 %

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

目前采用Q345C（Al）采取不控溫、大壓下加快冷的工藝路線，主要針對(duì)厚度規(guī)格為14~25 mm鋼板，進(jìn)行了近100批的試軋制，屈服初驗(yàn)內(nèi)控合格率為85%，復(fù)驗(yàn)合格率為95%，主要存在的問題為性能波動(dòng)大。

表2 為兩種工藝路線下試驗(yàn)鋼板各項(xiàng)力學(xué)性能的比較，從表2中可以看出，鋼板的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率都比控溫鋼板要高，抗拉強(qiáng)度高近30 MPa，屈服強(qiáng)度高15 MPa，延伸率提高了3%，冷彎性能合格，但是沖擊韌性要比控溫鋼板差。出現(xiàn)這種性能結(jié)果是因?yàn)椴豢販剀堉坪蟮来螇合侣蔬h(yuǎn)大于控溫軋制模式，奧氏體晶粒破碎效果好，且采用軋后快速冷卻，得到晶粒度較細(xì)小的組織，鋼板的力學(xué)性能較好[2]。但不控軋鋼板的終軋溫度高，在快冷過程中易產(chǎn)生魏氏組織，但分布并不明顯和富集，故對(duì)強(qiáng)度沒有造成影響。不過局部魏氏組織和快冷位錯(cuò)的不均勻性，會(huì)造成低溫韌性沖擊值的下降，所以不控軋鋼板的夏比沖擊功較控軋鋼板有所降低。

從實(shí)驗(yàn)得出的力學(xué)性能中可以看出，不控溫鋼板的綜合力學(xué)性能合格，可以進(jìn)行軋制，而且進(jìn)行不控溫軋制，可以大大提升軋制節(jié)奏，提高軋鋼產(chǎn)量，降低了單位軋鋼成本。

圖2 金相組織圖

表2 試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能

從圖2可以看出兩種工藝下金相組織主要有兩種，黑色的珠光體組織和白色的鐵素體組織，還有一些彌散的碳化物存在。黑色珠光體組織的晶粒度約為9~10級(jí)，主體鐵素體組織的晶粒尺寸約為20 m，由于不控溫軋制后道次壓下率遠(yuǎn)大于控溫軋制模式的壓下率，致使奧氏體晶粒破碎效果良好，并且采用超快冷工藝細(xì)化晶粒，晶粒度并不粗大[3]。但不控溫軋制由于終軋溫度遠(yuǎn)高于未再結(jié)晶區(qū)轉(zhuǎn)變點(diǎn)，沒有起到抑制奧氏體晶粒再結(jié)晶作用，所以晶粒度并不細(xì)小。

2.1 影響性能因素及解決辦法

屈服強(qiáng)度不穩(wěn)定主要原因不控溫、大壓下加快冷的工藝唯一可控的溫度只有加熱溫度。由于是不控溫軋制，鋼坯的出爐溫度將直接決定終軋溫度，終軋溫度決定著開冷溫度及終冷溫度；加熱溫度的高低和加熱時(shí)間長(zhǎng)短將會(huì)直接影響著奧氏體晶粒的大小；開冷溫度和終冷溫度的高低影響著冷速，冷速大小影響晶粒大小。再加上冷卻時(shí)控冷集管流量的不穩(wěn)定，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致終冷溫度的波動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致鋼板性能的波動(dòng)[4]。針對(duì)這個(gè)問題可以采取：加熱爐制定嚴(yán)格的出爐溫度；軋機(jī)控制軋制節(jié)奏；根據(jù)終軋溫度適當(dāng)調(diào)整ACC段的集管開啟組數(shù)及輥道速度，來確保終冷溫度的穩(wěn)定。

延伸率偏低主要原因不控軋鋼板終軋溫度太高，快冷過程中產(chǎn)生魏氏組織，魏氏組織常伴隨著奧氏體晶粒粗大而出現(xiàn)，使鋼的力學(xué)性能尤其是塑性和夏比沖擊韌性顯著降低；終冷溫度偏低，室溫組織中會(huì)出現(xiàn)上貝氏體，降低了鋼板的延伸率[4]。為減少魏氏組織，可利用DQ段將鋼板在再結(jié)晶奧氏體區(qū)快冷通過850~1 000℃溫度區(qū)間，再用ACC小冷速控制溫度進(jìn)入未再結(jié)晶區(qū)給予珠光體轉(zhuǎn)化一個(gè)合適過冷度細(xì)化晶粒，避免魏氏組織大量生成；減少終軋道次完成至控冷開始之間的間隔時(shí)間，防止奧氏體在再結(jié)晶區(qū)過分長(zhǎng)大。

2.2 生產(chǎn)工藝

試驗(yàn)僅針對(duì)碳當(dāng)量≥0.40%的Q345C坯料進(jìn)行。軋鋼工提前查看ERP爐內(nèi)鋼坯化學(xué)成分，在二級(jí)準(zhǔn)備好工藝設(shè)定。加熱二段溫度控制在1 150℃±20℃，均熱段溫度1 150℃±20℃。軋制過程開坯、轉(zhuǎn)鋼、轉(zhuǎn)鋼后2道次共4道次除鱗；末道次機(jī)后完成，投用預(yù)矯直機(jī)；使用DQ+ACC，DQ上集管水量150~200，ACC上集管水量≤400，調(diào)整速度、組數(shù)確保終冷溫度650℃±30℃，且控制開始矯直溫度不高于710℃。試驗(yàn)要控制好軋制節(jié)奏，鋼板不得在預(yù)矯直機(jī)前等待；單爐單次出鋼數(shù)量不得超過6塊，確保鋼坯加熱均勻。

2.3 實(shí)施效果（見表3）

表3 Q345C不控軋?jiān)囼?yàn)統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)語

通過采取Q345C（Al）不控溫、大壓下加快冷的工藝；充分發(fā)揮DQ超快冷設(shè)備的能力，提高產(chǎn)線的產(chǎn)能，經(jīng)過不斷的優(yōu)化工藝性能合格率穩(wěn)定在99%以上。